本发明涉及一种埋地给水钢管衬里砂浆，属于聚合物水泥砂浆技术领域。
背景技术：
大口径长距离输水钢管使用年限长，通常不小于30年。检修和改造的工程量大且费用高、腐蚀不易察觉，因为埋地敷设的隐蔽工程。因此，保证输水钢管可靠的使用年限意义重大。
输水水质的腐蚀性虽小，但毕竟存在。根据经验，未进行内壁防腐的输水钢管，使用数年后，钢管内壁均有不同程度的锈层、锈瘤和坑点。每次停水检修，大量空气进入，钢管管内壁很快生锈，再次充水后，锈层由于水流的冲刷作用而剥落，不仅使得水质浑黄，而且锈层不断剥落的现象随着使用年限的延长而加剧。因此，为保证可靠的使用年限，输水钢管进行内壁防腐必不可少。
水泥砂浆衬里是用水泥砂浆将钢管内壁与水或空气隔离，在钢管内壁形成一层致密的保护层，从而抑制了钢管内壁被氧化和腐蚀结垢。相比其他的防腐涂层，水泥砂浆和钢管内壁的粘结力大，因为水泥颗粒的水化作用形成了凝胶体，对钢管内壁产生胶结力；水泥砂浆硬结时体积收缩而紧贴钢管内壁，产生摩擦力；钢管内壁凹凸不平，与水泥砂浆之间产生的机械咬合作用而形成挤压力。以上3种粘结应力的存在，加之热膨胀系数基本一致，使水泥砂浆与钢管内壁紧密结合，不易脱落。
水泥砂浆衬里在施工初期，往往产生裂缝，这主要是由于水泥砂浆在空气中硬结时体积收缩所致。较小的裂缝可在管道通水后通过水泥的继续水化而自行愈合，裂缝宽度较大时，则不能通过水化作用自行愈合。裂缝处的钢管与水长期接触，会产生锈蚀；同时在高压水流的长期冲刷下，砂浆层会产生剥落，从而影响输水管道的使用年限，也会对水质造成二次污染。
因此，根据给水管道内衬砂浆的使用条件，要求给水管道内衬砂浆具有良好的抗裂性能、耐腐蚀性、与钢管之间粘结力强等性能，最重要的一点是还需要安全环保，不会对水体造成二次污染。
公开号为cn104108918a，名称为“一种高性能水泥基自流平砂浆”的发明专利，公开了一种高性能水泥基自流平砂浆，包括水泥、辅助性胶凝材料、细集料、重钙、外加剂和水，其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥和硫铝硅酸盐水泥，所述辅助性胶凝材料包括矿渣、粉煤灰、硅灰和石膏，普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和石膏三者之间配比关系为1﹕0.2～0.6﹕0.1～0.4。该砂浆能免振自流平，表面平整度非常高；强度发展快，2小时强度即可达到后继施工要求；收缩率低，体积稳定性好；表面耐磨性好，抗压强度高。
公开号为cn104230259a，名称为“输水钢管水泥砂浆内衬材料”的发明专利，公开了一种具有防溶蚀功能的输水钢管水泥砂浆内衬材料，该内衬材料包括重量百分比计的以下组分：胶凝材料28%～38%、砂38%～54%、聚合物3.0%～8.0%、外加剂0.2%～1.2%、纤维0～0.06%和水12%～16%。
第一件专利中公开的是地面使用的砂浆，流动度要很大，基本在200mm以上，倒出来类似水一样自己流动找平，主要体现的是自动找平、快速早强的性能。而本申请的砂浆实现的是机械喷涂到钢管内部，不能有很大的流动性。两者的应用对象完全不相同。
第二件专利中，聚合物组分产生的聚合物膜弹性模量较小，它使水泥砂浆内部的应力状态得到改善，韧性得到提高，可以承受较大变形，水泥砂浆内衬产生裂缝的可能性也减少。聚合物组分加入水泥砂浆中能显著提高与钢管内壁的粘接力。磨细天然沸石粉和偏高岭土中含有大量的活性sio2和al2o3，能与水泥水化的ca(oh)2发生火山灰反应，生成更加稳定的低钙硅比的c-s-h凝胶，该水化产物稳定存在的cao极限浓度降低，因此即使发生cao溶出，该水化产物也比普通水泥砂浆中高钙硅比的c-s-h凝胶更稳定，使得水泥砂浆内衬抵抗溶蚀效果显著增强。磨细天然沸石粉和偏高岭土的火山灰反应使得水泥砂浆更为密实，产物更为稳定，对耐久性不利的氢氧化钙减少，使得水泥砂浆抵抗硫酸盐、氯离子等化学侵蚀性能大幅度提高。另外聚羧酸系高性能减水剂和引气剂可大幅度降低水灰比，提高密实性，提高抗渗透性，提高水泥砂浆的抗冻性和抗化学侵蚀性。聚合物组分能够在水泥砂浆内部形成聚合物膜，使得水泥砂浆的密实性大大提高，使得水泥砂浆的抗渗性、抗硫酸盐侵蚀、抗酸碱盐侵蚀能力大大增强。
上述专利中的砂浆,抗裂性能和粘结性能没有很大地提升，主要呈现一种“刚性”的状态。而在埋地给水钢管中，砂浆需要微膨胀和柔韧的特性，使得砂浆与钢管具有粘接力，承受高压水流下钢管变形产生的应力。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在克服上述现有技术中的不足，为了保证输水钢管的使用年限和安全环保性，提出的一种埋地给水钢管衬里砂浆。
本发明通过选用硅酸盐水泥、粉煤灰和硅灰为主要胶凝材料，并添加特定比例的重钙，同时添加减水剂、羟乙基纤维素醚、可再分散胶粉、消泡剂、膨胀剂、玄武岩纤维等原料，制备成的砂浆具有安全、强度高、黏结力好、抗裂性能优良、耐腐蚀等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出了一种埋地给水钢管衬里砂浆，原料包括胶凝材料、细集料、重钙、羟乙基纤维素醚、减水剂、可再分散胶粉、消泡剂、膨胀剂和玄武岩纤维；砂浆的水料比为0.3～0.4；砂浆的28d强度为40～60mpa，抗折强度为10mpa以上，粘结强度＞1.0mpa，收缩率为-0.2～+0.05%。
本发明中，羟乙基纤维素醚的粘度为30000～100000mpa·s。
本发明中，减水剂的减水率为25～40%。
本发明中，玄武岩纤维长度为6～12mm，拉伸强度为3000～5000mpa。
本发明中，胶凝材料为硅酸盐水泥、粉煤灰和硅灰的混合物，其中硅酸盐水泥的质量占胶凝材料质量的60～90%。
硅酸盐水泥为强度等级≥42.5的硅酸盐水泥；粉煤灰为ⅰ级粉煤灰；硅灰需水量比≤125%，活性指数≥105%。
本发明中，原料的质量份数为：硅酸盐水泥30～50份；粉煤灰3～10份；硅灰5～10份；细集料30～50份；重钙5～10份；羟乙基纤维素醚0.05～0.2份；减水剂0.01～0.1份；可再分散胶粉3～5份；消泡剂0.05～0.8份；膨胀剂0.02～0.2份，玄武岩纤维0.1～0.5份。
本发明中，细集料粒径为20～140目，含泥量＜2%。
本发明中，重钙的细度为200～400目。
本发明中，减水剂为聚羧酸减水剂。
本发明中，可再分散胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物中的一种；消泡剂为聚硅氧烷消泡剂、乳化硅油消泡剂或高碳醇脂肪酸酯复合物消泡剂中的一种；膨胀剂为硫铝酸钙型膨胀剂。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
（一）本发明通过将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰作为给水管道衬里砂浆的主要胶凝材料，既可以为材料提供强度保证，又可以降低水泥的水化热，减小水泥水化产生的温度裂缝。同时粉煤灰和硅灰的掺入可提高材料硬化后的抗渗性能和抗氯离子侵蚀的性能，延长材料的使用寿命；特定的加入一定量的重钙，有利于材料的施工性和体积稳定性；本发明中加入的膨胀剂、玄武岩纤维和胶粉，增加了砂浆的柔韧性和抗拉应力，提高了砂浆的抗裂性能和抗氯离子侵蚀能力；本发明还加入一定量的羟乙基纤维素醚，以提高浆体的粘聚性和保水性，降低水泥水化过程中失水过快造成的干缩裂缝；本发明加入的减水剂主要起到改善砂浆流变性的作用；本发明配方中的消泡剂则是为了消除砂浆中的存在气泡，影响材料的密实性，从而达到提高浆体固化后抗氯离子侵蚀的能力。本发明的砂浆具有微膨胀和柔韧的特性，使得砂浆与钢管具有粘接力，能够承受高压水流下钢管变形产生的应力。
（二）本发明特定的选择重钙作为填料，一方面可以增加砂浆的和易性；另一方面可以降低水泥等胶凝材料的用量，降低砂浆水化热产生的温度裂缝。
（三）本发明特定的选择羟乙基纤维素醚的粘度为30000～100000mpa·s。该粘度范围是既能够提高材料的粘聚性和保水性，又可防止砂浆因纤维素醚的粘度过大造成的稠度过大，不宜施工。
（四）本发明特定的选择玄武岩纤维长度为6～12mm，拉伸强度为3000～5000mpa。玄武岩纤维是无机类材料，与同是无机材料的水泥、细集料等砂浆主要成分的相生性好，且安全无毒；同时玄武岩纤维的抗拉强度较高，在承受应力时可以提高较大的拉力，纤维长度过长易造成结团，影响抗裂效果，过短则握裹力较低，易被拔出。
（五）本发明的胶凝材料选用的是硅酸盐水泥，因为埋地给水钢管衬里砂浆需要承受高压水流。采用铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料的话，有研究表明，其长龄期强度会产生倒缩，不利于结构的稳定性。
（六）本发明中，硅酸盐水泥的强度等级是保证砂浆质量和强度的重要指标，42.5等级以下的水泥中掺和材的数量和种类较多，有些组分可能会对砂浆的性能产生不利影响；粉煤灰采用ⅰ级粉煤灰，是为了避免高钙灰等粉煤灰用于砂浆中，造成砂浆安定性不良；控制硅灰的需水量是为了避免硅灰需水量过大造成的砂浆开裂，而活性指数是为了保证硅灰有足够的活性，可以发生火山灰反应，与水泥水化产物继续反应形成致密结构，从提高砂浆的耐腐蚀性。
（七）本发明控制细集料的含泥量是为了保证细集料的洁净，以免细集料含泥量过高，影响砂浆的强度和耐腐蚀性；细集料粒径控制在20～140目范围内，可以与水泥、粉煤灰、重钙、硅灰等材料形成一个连续级配的整体，从而提高砂浆的密实度、强度和耐腐蚀性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全面的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
一种埋地给水钢管衬里砂浆，包括以下按重量份计的原料：硅酸盐水泥30份；粉煤灰5份；硅灰5份；重钙10份；细集料50份；羟乙基纤维素醚0.05份；减水剂0.01份；可再分散胶粉3份；消泡剂0.05份；膨胀剂0.02份，玄武岩纤维0.1份，水料比：0.4。
实施例2
一种埋地给水钢管衬里砂浆，包括以下按重量份计的原料：硅酸盐水泥40份；粉煤灰3份；硅灰6份；重钙5份；细集料42份；羟乙基纤维素醚0.1份；减水剂0.02份；可再分散胶粉4份；消泡剂0.1份；膨胀剂0.08份，玄武岩纤维0.5份，水料比：0.38。
本实施例中，硅酸盐水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；硅灰需水量比120，活性指数110。
实施例3
一种埋地给水钢管衬里砂浆，包括以下按重量份计的原料：硅酸盐水泥50份；粉煤灰3份；硅灰5份；重钙5份；细集料38份；羟乙基纤维素醚0.2份；减水剂0.1份；可再分散胶粉5份；消泡剂0.8份；膨胀剂0.2份，玄武岩纤维0.4份，水料比：0.3。
本实施例中，硅酸盐水泥为强度等级为42.5的低热硅酸盐水泥；硅灰需水量比115，活性指数120；羟乙基纤维素醚为粘度为30000mpa·s；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为25%，玄武岩纤维长度为6mm，拉伸强度3000mpa。
实施例4
一种埋地给水钢管衬里砂浆，包括以下按重量份计的原料：硅酸盐水泥35份；粉煤灰10份；硅灰5份；重钙6份；细集料43份；羟乙基纤维素醚0.15份；减水剂0.08份；可再分散胶粉3.5份；消泡剂0.5份；膨胀剂0.1份，玄武岩纤维0.3份，水料比：0.35。
本实施例中，硅酸盐水泥为强度等级为52.5的普通硅酸盐水泥；羟乙基纤维素醚为粘度为100000mpa·s；可再分散胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为40%；消泡剂为聚硅氧烷消泡剂；玄武岩纤维长度为12mm，拉伸强度5000mpa。
实施例5
一种埋地给水钢管衬里砂浆，包括以下按重量份计的原料：硅酸盐水泥43份；粉煤灰6份；硅灰7份；重钙6份；细集料40份；羟乙基纤维素醚0.2份；减水剂0.06份；可再分散胶粉3.8份；消泡剂0.68份；膨胀剂0.18份，玄武岩纤维0.35份，水料比：0.33。
本实施例中，硅酸盐水泥为强度等级为52.5的低热硅酸盐水泥；羟乙基纤维素醚为粘度为80000mpa·s；可再分散胶粉是醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为30%，消泡剂为乳化硅油消泡剂，玄武岩纤维长度为8mm，拉伸强度4000mpa。
实施例6
一种埋地给水钢管衬里砂浆，包括以下按质量百分比计的原料：硅酸盐水泥45份；粉煤灰3份；硅灰6份；重钙7份；细集料30～50份；羟乙基纤维素醚0.05～0.2份；减水剂0.01～0.1份；可再分散胶粉4.5份；消泡剂0.35份；膨胀剂0.09份，玄武岩纤维0.25份，水料比：0.3～0.45。
本实施例中，硅酸盐水泥为强度等级为42.5的低热硅酸盐水泥；羟乙基纤维素醚为粘度为30000mpa·s；可再分散胶粉是醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为35%，消泡剂为高碳醇脂肪酸酯复合物消泡剂，玄武岩纤维长度为10mm，拉伸强度3500mpa。
本实施例的衬里砂浆施工前，管道内壁必须进行表面处理，对新埋设的管道内壁除去疏松的氧化皮、铁锈、泥土、焊渣、焊瘤、焊接飞溅物及油渍等污染物；对旧管道的内壁还应除去锈层、水垢等附着物。附着物清理后，应采用清水清洗干净，晾干，并防止再度污染。若管道内壁表面处理后，表面光洁度太大，应在管道内壁刷涂一道界面剂，以增大管道内壁的粗糙度。该衬里砂浆按照预定的比例，搅拌均匀，输送即可。
上述实施例1～实施例6的给水管道衬里砂浆性能检测如下表1：
表1：
从上表1可以看出，本发明的给水管道衬里砂浆具有抗压、抗折强度高，抗渗性好，粘结强度高，收缩率低的特点，完全可以满足给水钢管防腐的性能要求。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。